Ученые разработали игольчатую поверхность, губительную для бактерий и дружественную клеточным культурам
Исследователи из Токийского столичного университета создали наноструктурированные поверхности из оксида алюминия, которые обладают выраженными антибактериальными свойствами, но могут быть использованы для культивирования клеточных культур. Они обнаружили, что поверхности анодно-пористого оксида алюминия (АПА), полученные с использованием электролиза в концентрированной серной кислоте, беспощадно подавляют рост бактерий, но не препятствуют культивированию клеток организмов, представляющих другие таксономические царства.
Технология, разработанная командой, обещает оказать большое влияние на регенеративную медицину, где высококачественные клеточные культуры, свободные от бактериального загрязнения, могут теперь быть получены без применения антибиотиков и антисептиков.
Поверхности, устойчивые к бактериальному загрязнению, играют жизненно важную роль в охране здоровья в повседневной жизни. Конечно, микрофлору можно подавить с помощью мощных антибиотиков и химикатов, но тут неизбежно негативное воздействие на окружающую среду и здоровье. Существует также риск потенциального появления опасных штаммов, устойчивых к антибиотикам и дезинфектантам. Людям нужны альтернативные способы борьбы с распространением бактериальных патогенов.
Тут-то и пригодятся наноструктурированные поверхности. В начале 2010-х годов было доказано, что естественная наноструктура на крыльях цикад и стрекоз может противостоять бактериальному загрязнению. Умеют регулировать численность и видовой состав бактерий и листья растений.
Природные структуры повреждают клеточную мембрану бактериальных клеток и препятствуют их размножению и распространению. Ученые стали искать способы изготовления искусственных поверхностей, которые могли бы достичь аналогичного эффекта. Упор делался на наименее затратные способы, которые могли бы обеспечить массовое производство антибактериальных покрытий.
Группа исследователей под руководством профессора Такаши Янагисита из Токийского столичного университета изучает возможность использования анодно-пористого оксида алюминия (АПА).
Когда отполированные алюминиевые поверхности при определенных условиях погружают в электрохимическую ванну, на поверхности образуется упорядоченный ряд микроскопических иголочек из оксида алюминия. Размер этих игольчатых столбиков как раз таков, чтобы быть смертельно опасным для бактерий.
Команда усовершенствовала свой рецепт, обнаружив, что поверхности АПА, обработанные в концентрированной серной кислоте, обладают антибактериальными свойствами, которые значительно превосходят существующие поверхности. Самое главное, что новые поверхности не опасны для культивируемых на них более крупных клеточных структур, обладающих большей площадью и опирающихся сразу на много иголочек. Получается своего рода доска Садху, на которой можно безопасно лежать, равномерно распределив вес тела по остриям.
В культурах клеток антибиотики могут добавляться в питательную среду для предотвращения бактериальных загрязнений. Главный недостаток этого метода в том, что он бесполезен против супербактерий, которые приобрели устойчивость к антибиотикам. Это не относится к поверхностям из АПА — жить на гвоздях подобно йогам бактерии не умеют из-за слишком маленьких размеров. Посевы клеточных культур можно безопасно проводить без добавления антибиотиков.
Открытие команды токийских ученых — прекрасная новость для регенеративной медицины, где клетки культивируются в лаборатории перед таргетным введением пациенту для лечения повреждений тканей и органов. Любая бактерия, проникшая в культуры, может вызвать тяжелые последствия у пациентов. Раньше безопасность обеспечивала специализированная и дорогостоящая стерильная среда.
Японские ученые считают, что их новые наноструктурированные поверхности позволят культивировать клетки без антибиотиков в более широком диапазоне условий. В перспективе это обещает революционный прорыв в медицинской практике и в методологии научных экспериментов.
Пока остается неясным, будет ли миниатюрная доска Садху эффективна против бактериальных колоний. Но нет сомнения, что и на них найдутся методы воздействия.
